Отраслевая конференция 
«Теплоснабжение-2019»
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Опыт разработки и внедрения диспергатора для мазута

Ермаков Вячеслав Алексеевич, кандидат технических наук,

Загвоздин Дмитрий Алексеевич

Известно, что обводнение мазута ухудшает условия сжигания мазута, факел становится нестабильным, сгорание мазута – неполным, увеличивается количество вредных веществ в продуктах сгорания. Отстаивание мазута позволяет удалить воду только частично, а другие методы обезвоживания могут увеличить стоимость мазута до 25%.

Известно также, что одним из эффективных и малозатратных методов решения этой и некоторых других проблем является предварительная обработка исходного мазута в диспергаторе с целью получения водо-мазутной эмульсии и использование этой эмульсии в качестве топлива. В настоящее время наиболее широко в качестве диспергаторов применяются пассивные гидродинамические устройства, устанавливаемые после дополнительных насосов в магистрали рециркуляции мазута. В данных диспергаторах при прокачке мазута создаются условия для уменьшения размеров включений воды и изменения структуры мазута, в частности, пульсации потока и кавитация. Необходимые для возникновения кавитации параметры потока достигаются путем разгона потока вследствие уменьшения его сечения и установкой в потоке стержней и других устройств, способствующих возникновению кавитации.

Так как у специалистов-энергетиков оставалось естественное сомнение, что диспергатор покажет существенный эффект на мазутных котельных Энергозавода Иркутского авиационного завода (ИАЗ) – филиал ПАО «Корпопация «ИРКУТ», которые обслуживаются квалифицированным персоналом и имеют высокий КПД, то было принято решение не приобретать известные и весьма дорогостоящие диспергаторы, а привлечь специалистов-гидравликов ИАЗ и сделать диспергатор своими силами. В процессе разработки необходимо было попытаться устранить присущие известным диспергаторам недостатки, а именно:

- большие габариты;

- сложность и малый диапазон регулирования параметров потока или отсутствие регулирования;

- кавитационное разрушение конструкции;

- необходимость установки дополнительного насоса или замена существующего рециркуляционного насоса на более мощный;

Для максимальной интенсификации процесса диспергирования водо-мазутной смеси в пассивном гидродинамическом устройстве при его проектировании применена методика ТРИЗ, в частности, такие приемы устранения технических противоречий, как принцип дробления, принцип динамичности, принцип перехода в другое измерение. Это позволило разработать более энергоэффективный способ диспергирования. По данному способу подлежащий диспергированию поток жидкостей ускоряют путем уменьшения сечения потока, затем разделяют, по крайней мере, на два концентрических потока, при этом смежным концентрическим потокам придают вращение в разные стороны. Каждый из концентрических потоков разделяют на ряд отдельных потоков и дополнительно ускоряют эти потоки путем уменьшения их сечения, а затем производят смешивание этих потоков с одновременным расширением общего сечения потока. Смешивание потоков производят непосредственно после их закрутки с сопутствующим уменьшением сечения каждого из отдельных потоков, т.е. когда максимальна кинетическая энергия потоков. Регулирование параметров концентрических потоков производят путем изменения соотношения тангенциальной и осевой составляющей скорости и минимального сечения каждого из отдельных потоков. Параметры закрутки концентрических потоков целесообразно выбирать из условия равенства нулю суммарного момента вращения.

При смешивании концентрических и закрученных в разные стороны высокоэнергетических потоков на границе концентрических потоков образуется зона высоких касательных напряжений, что приводит не только к интенсивному перемешиванию жидкостей, но и к появлению вихревой кавитации. При этом процессы происходят при меньших энергозатратах, так как относительные скорости потоков, закрученных в разные стороны, увеличиваются, а кинетическая энергия потоков максимальна. Например, при соотношении тангенциальной и осевой скорости в каждом из концентрических потоков перед их смешиванием равном 1 относительная скорость разнонаправленных потоков в зоне смешивания достигает 1,4.

Предлагаемое устройство для реализации способа содержит (рис.1) корпус 1 с внутренней поверхностью в виде тела вращения. Внутри корпуса 1 установлены пакеты тонких пластин 2 и 3, стянутые между собой фигурными шайбами 4 и 5 с помощью центрального обтекателя 6 и болта 7. Непосредственно к корпусу 1 пакеты пластин крепятся с помощью резьбовой втулки 8. Корпус 1 диспергатора имеет фланцы 9 и 10 с помощью которых он устанавливается в разрыв трубопровода и крепится к фланцам подводящей трубы 11 и отводящей трубы 12. Возможная форма тонких пластин 2 и 3 изображена на рис.2 – по форме это шайбы, по наружному краю которых выполнены трапецеидальные окна 13 и 14 на пластинах 2 и 3 соответственно. Струеформирующие каналы образованы путем последовательного поворота соседних в пакете тонких пластин с окнами друг относительно друга вокруг оси корпуса (рис.2 и рис.3),

при этом ориентация струеформирующих каналов, образованных окнами 13 и 14 должна обеспечивать противоположное направление закрутки концентрических потоков жидкостей относительно оси устройства. Целесообразно шаг, на который сдвигаются края окон соседних пластины друг относительно друга, плавно увеличивать от входа к выходу (рис. 3), например, согласно арифметической или геометрической прогрессии. Изменение параметров прогрессии позволяет изменять соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока и минимальное сечение потока в струеформирующем канале, при этом огибающие по ходу движения жидкостей края окон кривые (рис.3) имеют плавный изгиб. Для улучшения перемешивания жидкостей и облегчения возникновения кавитации края окон в пластинах имеют острые кромки 15 (рис.3), кроме этого края некоторых окон могут быть снабжены выступами. Концентричная внутренней поверхности корпуса 1 перегородка 17 в данном устройстве образована пакетом тонких пластин 2, а точнее перемычками 18 на этих пластинах между внутренним круглым отверстием и окнами 13.

Устройство работает следующим образом.

Подвергаемую диспергированию смесь жидкостей через подводящую трубу 11 под давлением подают внутрь корпуса 1, где жидкости при движении внутри корпуса плавно ускоряются из-за сужения потока с помощью центрального обтекателя 6 и фигурной шайбы 4. Далее поток разделяется на два концентрических потока с помощью перегородки 17. Наружный концентрический поток дополнительно ускоряется и получает вращение относительно оси устройства при прохождении жидкостей по струеформирующим каналам, образованным пакетом тонких пластин 2, а внутренний концентрический поток также дополнительно ускоряется и получает вращение относительно оси устройства при прохождении жидкостей по струеформирующим каналам, образованным пакетом тонких пластин 3, при этом наружный и внутренний концентрический поток получают противоположное направление закрутки. После прохождения струеформирующих каналов происходит слияние наружного и внутреннего концентрического потока, а так как эти потоки закручены в разные стороны, то на их границе образуется зона больших касательных напряжений, в центрах вихрей появляются каверны и образуется зона вихревой кавитации. Вихреобразование и кавитация возникает также на острых краях кромок пластин, которые образуют струеформирующие каналы.

Предложенная конструкция устройства для диспергирования жидкостей позволяет без изменения конструкции изменять конфигурацию струеформирующих каналов и, соответственно, основные параметры устройства, а именно минимальное сечение потока и соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока в устройстве. Это позволяет перенастраивать диспергатор на оптимальный режим работы при изменении параметров потока жидкости и уменьшить энергозатраты на диспергирование. Вследствие того, что вихревая кавитация развивается между концентрическими слоями жидкости, отсутствует разрушение конструкции диспергатора. Более эффективное диспергирование включений воды обеспечивают ступенчатые стенки струеформирующих каналов, сдвиг по потоку включений воды, попавших в соседние концентрические потоки, и мощная вихревая зона при слиянии концентрических потоков. Способ диспергирования и устройство защищены патентом РФ.

В 2010г. диспергатор конструкции ИАЗ был установлен после штатного насоса в системе рециркуляции мазута и сразу отмечено улучшение работы мазутных котельных по косвенным признакам – устойчивая работа котлов без срывов пламени при попадании порций воды и без аварийных остановок, легкое разжигание котлов, хорошее горение топлива при более низких температурах нагрева мазута, уменьшение выбросов в атмосферу сажи (белый дым), резкое уменьшение выбросов окислов азота. Диспергатор был установлен в разрез трубопровода с внутренним диаметром 100 мм с помощью фланцевого соединения и может быть отрегулирован на расход мазута 35…80 м/час.

В 2012г. независимой организацией проведены балансовые испытания мазутных котлов. Удельный расход мазута на выработку 1Гкал по сравнению с балансовыми испытаниями 2006г. снизился на всех мазутных котлах в среднем на 2.5 кг на произведенную Гкал, а КПД брутто по всем мазутным котлам удалось повысить в среднем на 3%. На рис.4 приведен график зависимости КПД брутто котла ПТВМ-50-150/70 от тепловой нагрузки по результатам балансовых испытаний 2006г. и 2012г., т.е. до и после установки диспергатора.

В многочисленных публикациях о диспергаторах мазута при объяснении эффекта от сжигания водо-мазутных эмульсиий иногда появляются утверждения, противоречащие здравому смыслу. Но законов сохранения энергии никто не отменял и при сжигании в «бомбе» одной и той же порции мазута с одним и тем же количеством воды, но разной степени дисперсности, получим одно и тоже количество тепла. Однако условия сгорания в котлах мазута с примесью воды разной степени дисперсности разные. Вода имеет высокую теплоемкость и при распылении в топке котла мазут, окружающий достаточно крупные включения воды, не успевает полностью сгореть, что проявляется в виде смолистых отложений на теплообменных поверхностях и черного дыма, характерного для химического недожога. Мелкодисперсная вода в мазуте после прокачки последнего через диспергатор не создает таких проблем – теплообменные поверхности практически не загрязняются, наблюдается белый дым, процесс горения можно проводить при меньшем избытке воздуха.

Следует также отметить, что показанная на рис.4 разница КПД котла ПТВМ-50-150/70 до установки диспергатора и после является минимальной, так как балансовые испытания проводятся на чистых котлах, а в процессе эксплуатации при отсутствии диспергатора теплообменные поверхности быстро загрязняются и разница КПД может увеличиться в несколько раз.

При разработке данного диспергатора удалось решить все поставленные задачи, а именно при минимальных габаритах устройства максимально интенсифицировать процесс диспергирования включений воды в мазуте, сделать устройство регулируемым и избавиться от кавитационного разрушения. При всей перспективности данной конструкции авиационный завод не имеет возможности заниматься непрофильной тематикой, в том числе внедрением диспергаторов в сторонних организациях, поэтому приветствуются любые предложения о сотрудничестве от профессиональных теплоэнергетиков.

Ермаков В.А., Загвоздин Д.А, Опыт разработки и внедрения диспергатора для мазута

Источник: Портал по теплоснабжению, РосТепло.ру, www.rosteplo.ru

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Тематические закладки пользователей:

Tеги: водомазутная эмульсия

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств. Эффективней пластинчатого!

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru

СИСТЕМА 
ДОБРОВОЛЬНОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ 
СХЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 
И ИНВЕСТИЦИОННЫХ ПРОГРАММ 
ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ ОРГАНИЗАЦИЙ
Программы Auditor
Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Возрастная категория Интернет-сайта "18+"
© РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению, 2003-2019
О проекте | Карта портала | Реклама на РосТепло.ru |
Top.Mail.Ru

Отраслевая конференция «Теплоснабжение-2019»

Москва, 22-24 октября 2019 г.
Примите участие!

Подробнее